工業(yè)熱工設(shè)備及測(cè)量 第五章 汽輪機(jī)與內(nèi)燃機(jī)-緒論

汽輪機(jī)與內(nèi)燃機(jī)

下節(jié)討論題目A6-汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障分析與檢修B6-整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展展望電能及其產(chǎn)生

電能是最清潔、最方便的能源直接轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能太陽(yáng)能電池燃料電池間接轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)第五章汽輪機(jī)汽輪機(jī)汽輪機(jī)又名蒸汽透平，是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的分類國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)類型的代號(hào)

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，葉片及軸承，葉輪。返回汽輪機(jī)是利用蒸汽的熱能作功的旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位

（TheStatusofSteamTurbineinPowerPlant)

鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)

蒸汽化學(xué)能(燃料)熱能機(jī)械能電能PowerPlant汽輪機(jī)的基本工作原理是應(yīng)用噴管使蒸汽壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶?，形成高速汽流而推?dòng)葉片運(yùn)動(dòng)，并且分為沖動(dòng)式和反動(dòng)式兩大類型。世界汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)展1.產(chǎn)品種類和單機(jī)容量2.冷卻介質(zhì)和冷卻方式3.材料和絕緣技術(shù)4.定、轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)5.總體布置結(jié)構(gòu)6.試驗(yàn)、檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步7.設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段1.產(chǎn)品種類常規(guī)火電雙軸和單軸燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)電站發(fā)電機(jī)蒸汽輪機(jī)余熱鍋爐燃?xì)廨啓C(jī)核能發(fā)電技術(shù)汽輪機(jī)發(fā)展概述

(SummaryofSteamTurbine)1.1883年，Laval（瑞典）研制出第一臺(tái)軸流式汽輪機(jī)2.70年代后，進(jìn)入百萬(wàn)級(jí)

近幾十年汽輪機(jī)發(fā)展的主要特點(diǎn)是：（1）增大單機(jī)功率①單位功率投資成本低。如前蘇聯(lián)800MW機(jī)組的單位功率成本比500MW機(jī)組的低17％，而1200MW機(jī)組的單位功率成本又比800MW機(jī)組的低15％～20％。

②單機(jī)功率越大，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性越好。如法國(guó)的600MW機(jī)組的熱耗率比125MW機(jī)組的熱耗率降低了276．3kJ／(kW·h)，即每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4萬(wàn)t。

③加快電站建設(shè)速度，降低電站建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。

（2）提高蒸汽參數(shù)。增大單機(jī)功率后適宜采用較高的蒸汽參數(shù)。（3）普遍采用一次中間再熱。采用中間再熱后可降低低壓缸未級(jí)排汽濕度，減輕末級(jí)葉片水蝕程度，為提高蒸汽初壓創(chuàng)造了條件，從而可提高機(jī)組內(nèi)效率、熱效率和運(yùn)行可靠性。（4）采用燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)，以提高電廠效率。（5）提高機(jī)組的運(yùn)行水平。3.汽輪機(jī)主要制造業(yè)：GECo.（GeneralElectricCorporation)美國(guó)通用電氣公司（沖動(dòng)式）WHCo.(WestingHouseElectricCorporation)西屋（反動(dòng)式）BBC(BrownBoveriCo.)瑞士（反動(dòng)式）AA(Alsthon-AtlantagueCo.)法國(guó)（沖動(dòng)式、反動(dòng)式）其他（蘇聯(lián)、日本等）我國(guó)三大動(dòng)力設(shè)備廠：哈汽、上汽、東汽工業(yè)汽輪機(jī)：杭州燃?xì)廨啓C(jī)：南京汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào)（CategoryandType

沖動(dòng)式反動(dòng)式工作原理熱力特性凝汽式背壓式調(diào)節(jié)抽汽式抽汽背壓式中間再熱式混壓式汽流方向軸流式輔流式汽輪機(jī)的分類按工作原理按熱力特性按汽流方向按用途按進(jìn)汽參數(shù)按功率按工作原理分：沖動(dòng)式汽輪機(jī)由沖動(dòng)級(jí)組成，蒸汽主要在噴嘴中膨脹，在動(dòng)葉柵中只有少數(shù)膨脹。反動(dòng)式汽輪機(jī)由反動(dòng)級(jí)組成，蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉中膨脹程度相同。由于反動(dòng)級(jí)不能做成部分進(jìn)汽，故調(diào)節(jié)機(jī)采用單列沖動(dòng)機(jī)或復(fù)速級(jí)。蒸汽流過(guò)汽輪機(jī)時(shí)發(fā)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：在汽輪機(jī)中噴管和葉片是重要的部件，噴管4固定在靜止的汽缸體（外殼）。葉片、葉輪和軸組成一體，稱為轉(zhuǎn)子，兩端有軸承支持。具有一定壓力和溫度的蒸汽進(jìn)入噴管，在噴管內(nèi)膨脹而作加速運(yùn)動(dòng)，成為動(dòng)能很大的汽流射入葉片與葉片之間形成的通道。高速汽流順著葉片的彎曲形狀流動(dòng)，逐漸改變流動(dòng)方向，流速逐漸降低，而產(chǎn)生沖動(dòng)力作用于葉片。于是，葉片被推動(dòng)，轉(zhuǎn)子隨之旋轉(zhuǎn)。第一階段為蒸汽在噴管中膨脹（壓力降低），熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鞯膭?dòng)能；第二階段為蒸汽在“葉片通道中流動(dòng)時(shí)將動(dòng)能傳給葉片（壓力不變），成為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，并通過(guò)軸帶動(dòng)工作機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。5-3圖上部還附上了蒸汽壓力和流速在此過(guò)程中的變化狀況。噴管和葉片的組合稱為汽輪機(jī)的級(jí)。噴管的通道和葉片構(gòu)成的通道稱為汽輪機(jī)的通汽部分。蒸汽只在噴管中膨脹，依靠高速汽流的沖擊力推動(dòng)葉片運(yùn)動(dòng)的作用原理，稱為沖動(dòng)式汽輪機(jī)原理。反動(dòng)式汽輪機(jī)原理蒸汽不只在噴管中膨脹，在葉片通道中也膨脹。于是，葉片在受到汽流沖擊力作用的同時(shí)，還受到汽流在葉片通道中作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的反作用力作用。這種蒸汽在葉片通道中也膨脹的作用機(jī)理稱為反動(dòng)式汽輪機(jī)原理。

汽輪機(jī)的級(jí)數(shù)很多，每一級(jí)的靜葉片（即噴管）和每一列動(dòng)葉片組成。蒸汽依次流過(guò)這些串聯(lián)的級(jí)，在每一級(jí)的靜葉片和動(dòng)葉片通道中都發(fā)生膨脹而作功。按熱力特性分：凝汽式汽輪機(jī)排汽在高度真空狀態(tài)下進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水，有些小汽輪機(jī)沒(méi)有回?zé)嵯到y(tǒng)，成為純凝汽式汽輪機(jī)。背壓式汽輪機(jī)排汽直接用于供熱，沒(méi)有凝汽器。當(dāng)排汽作為其他中低壓汽輪機(jī)的工作蒸汽時(shí)，稱為前制式汽輪機(jī)。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)從汽輪機(jī)某級(jí)后抽出一定壓力的部分蒸汽對(duì)外供熱，其余排汽仍進(jìn)入凝汽器。由于熱用戶對(duì)供熱壓力有一定的要求，需要對(duì)抽汽壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，故稱為調(diào)節(jié)抽汽。根據(jù)用戶需要，有一次調(diào)節(jié)抽汽和兩次調(diào)節(jié)抽汽。抽汽背壓式汽輪機(jī)具有調(diào)節(jié)抽汽的背壓式汽輪機(jī)。中間再熱式汽輪機(jī)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽膨脹到某一壓力后，被全被抽出送往鍋爐的再熱器進(jìn)性再熱，再返回汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹做功?；靿菏狡啓C(jī)利用其他來(lái)源的蒸汽引入汽輪機(jī)相應(yīng)的中間級(jí)，與原來(lái)的蒸汽一起工作同常用于工業(yè)生產(chǎn)的流程中，作為蒸汽熱能的綜合利用。按汽流方向分：軸流式汽輪機(jī)組成汽輪機(jī)的各級(jí)葉柵沿軸向依次排列，汽流方向的總趨勢(shì)是軸向的，絕大多數(shù)汽輪機(jī)都是軸流式汽輪機(jī)。輻流式汽輪機(jī)組成汽輪機(jī)的各級(jí)葉柵沿半徑方向依次排列，汽流方向的總趨勢(shì)試驗(yàn)半徑方向的。汽輪機(jī)的分類和型號(hào)

（CategoryandTypeofSteamTurbine)

功率用途凝汽式供暖電站工業(yè)船用超臨界進(jìn)汽參數(shù)低壓中壓高壓亞臨界超高壓大功率小功率按用途分：電站汽輪機(jī)用于拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，汽輪發(fā)電機(jī)組需按供電頻率定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，故也稱為定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，主要采用凝汽式汽輪機(jī)。也采用同時(shí)供熱的供電的汽輪機(jī)，通常稱為熱電汽輪機(jī)或供熱式汽輪機(jī)。工業(yè)汽輪機(jī)用于拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，水泵等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，其運(yùn)行速度經(jīng)常是變化的，也稱為變轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)。凝汽式供暖汽輪機(jī)在中低壓缸連通管上加裝蝶閥來(lái)調(diào)節(jié)供暖抽汽量，抽汽壓力不像調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)那樣維持規(guī)定的數(shù)值，而是隨流量大小基本上按直線規(guī)律變化。按進(jìn)汽參數(shù)分：低壓汽輪機(jī)新蒸汽壓力小于1。5MPa中壓汽輪機(jī)新蒸汽壓力為2—4MPa高壓汽輪機(jī)新蒸汽壓力為6—10MPa超高壓汽輪機(jī)新蒸汽壓力為12—14MPa亞臨界汽輪機(jī)新蒸汽壓力為16—18MPa超臨界汽輪機(jī)新蒸汽壓力大于22.2MPa按功率分：大功率汽輪機(jī)小功率汽輪機(jī)各種參數(shù)汽輪機(jī)的壓力范圍低壓：新蒸汽壓力小于1.5MPa；中壓：新蒸汽壓力為2~4MPa；高壓：新蒸汽壓力為6~10MPa；超高壓：新蒸汽壓力為12~14MPa；亞臨界：新蒸汽壓力為16~18MPa；超臨界新蒸汽壓力超過(guò)22.15MPa；超超臨界新蒸汽壓力超過(guò)32MPa汽輪機(jī)的型號(hào)表示如下：汽輪機(jī)類型額定功率（MW)蒸汽參數(shù)變型設(shè)計(jì)次序注意：蒸汽參數(shù)表示法和汽輪機(jī)類型有關(guān)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)類型的代號(hào)汽輪機(jī)型號(hào)中參數(shù)的表示方法三．汽輪機(jī)的構(gòu)造與設(shè)備汽輪機(jī)是高轉(zhuǎn)速原動(dòng)機(jī)。它的本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部件（包括葉輪、軸等）和靜止部件（包括汽缸、隔板、軸承等）兩大部分組成。其中的一些零部件在運(yùn)行中既要承受蒸汽壓力的力負(fù)荷，還要承受蒸汽的熱負(fù)荷。了解各部件和輔助設(shè)備的相互關(guān)系，對(duì)于汽輪機(jī)裝置安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行是很重要的。電廠汽輪機(jī)1．葉片葉片是汽輪機(jī)的重要零件。這不僅因?yàn)樗募庸べ|(zhì)量直接影響汽輪機(jī)的效率，而且數(shù)量多，通常它的制造加工量可占整臺(tái)汽輪機(jī)加工量的20-30%，運(yùn)行中損壞事故可戰(zhàn)汽輪機(jī)事故的40%。要求葉片有良好的線型，滿足強(qiáng)度上的要求，并且結(jié)構(gòu)合理，有良好的工藝性。汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片2．噴管和隔板汽輪機(jī)的噴管可以由鑄造或銑制而成。沖動(dòng)式汽輪機(jī)中間各級(jí)的噴管固定在隔板上。汽輪機(jī)安全運(yùn)行中，隔板的變形是必須要考慮的重要問(wèn)題。3．轉(zhuǎn)子、軸承沖動(dòng)式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子由軸及固定在軸上的葉輪組成。反動(dòng)式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子為圓筒狀的轉(zhuǎn)鼓。調(diào)節(jié)級(jí)的葉輪通常是套裝在軸上。

轉(zhuǎn)子是傳遞力矩的部件，其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)承受很大的應(yīng)力。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸4．葉輪承受三種應(yīng)力：旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力；溫度不均勻引起的溫差應(yīng)力；過(guò)盈裝配引起的軸孔表面上的應(yīng)力。在運(yùn)行中由于應(yīng)力和溫度的升高，都會(huì)引起葉輪在半徑方向的變形。在運(yùn)行中，葉輪兩側(cè)也會(huì)存在壓力差，并還可能因部分進(jìn)汽、噴管出口汽流的吸汽作用、軸的振動(dòng)、葉片的振動(dòng)、以及溫度不均勻等原因而產(chǎn)生振動(dòng)。

為了保證汽輪機(jī)運(yùn)行安全，除應(yīng)保證葉輪有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮它的自振頻率，避免在運(yùn)行中發(fā)生共振現(xiàn)象，引起葉輪和隔板摩擦、碰撞甚至葉輪損壞。5．軸各級(jí)葉輪分布在軸上，軸端輸出功率。對(duì)于全面進(jìn)汽的級(jí)，軸受到該級(jí)的力偶作用。對(duì)于部分進(jìn)汽的級(jí)，則軸除了受到該級(jí)的力矩作用使軸產(chǎn)生扭矩之外，還有力作用于軸上產(chǎn)生彎矩；另外它還會(huì)受到本身和葉輪等重力作用而引起彎矩。為此，軸材料要選擇韌性較好的中碳鋼或中碳合金鋼煅燒。軸還應(yīng)按最大剪應(yīng)力強(qiáng)度作理論校正。汽輪機(jī)葉輪6．軸承汽輪機(jī)有支持和止推兩種軸承。支持軸承用以支承汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子；止推軸承用以承受轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并固定轉(zhuǎn)子的軸向位置。有時(shí)其構(gòu)造上連成一體，形成聯(lián)合式的支持-止推軸承。

聯(lián)合式的支持-止推軸承能有效地解決負(fù)荷的均勻分配問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)緊湊、安全運(yùn)行的可靠性提高。7．汽缸、軸封通常，汽缸尺寸隨汽流方向逐漸增大，缸體包括形狀不同的進(jìn)汽室、抽汽室和排汽室，是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大鑄件。運(yùn)行中，汽缸承受蒸汽壓力和溫度的作用。汽輪機(jī)在啟動(dòng)和停機(jī)以及負(fù)荷改變時(shí)，汽缸各部分尺寸因溫度變化而變化。其熱變形的大小決定于汽輪機(jī)的構(gòu)造和蒸汽參數(shù)。汽輪機(jī)安裝外軸封以限制向外漏氣及防止空氣漏入排汽室；而內(nèi)軸封通常用于限制內(nèi)漏汽。常用軸封結(jié)構(gòu)有：水封及炭精環(huán)軸封。四．凝汽設(shè)備

1．凝汽設(shè)備的功用和基本要求凝汽設(shè)備的功用是使汽輪機(jī)能在接近于環(huán)境溫度下排汽放熱，使汽輪機(jī)裝置獲得盡可能高的循環(huán)熱效率。凝汽設(shè)備的另一功用是將汽輪機(jī)的排汽凝結(jié)下來(lái)，用此凝結(jié)水作為鍋爐的給水，以滿足鍋爐對(duì)給水的應(yīng)有品質(zhì)。凝汽設(shè)備主要由凝汽器、冷卻水泵、凝結(jié)水泵、抽汽器以及連接這些部件的管道和附件組成（見(jiàn)汽輪機(jī)裝置圖）。由于凝汽器內(nèi)高度真空，外界空氣會(huì)通過(guò)不嚴(yán)密處（如法蘭連接處、焊縫等）漏入。為了避免不凝結(jié)氣體在凝汽器中逐漸積累而使凝汽器壓力升高，應(yīng)采用抽氣器將空氣不斷地排出。凝汽設(shè)備一般應(yīng)滿足以下要求：（1）凝汽器應(yīng)具有高的傳熱性能，可使汽輪機(jī)的排氣壓力能穩(wěn)定地維持或盡可能接近于環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力。（2）送往鍋爐的凝結(jié)水，溫度應(yīng)盡可能不低于與排汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。凝結(jié)水溫度通常低于排汽壓力的飽和溫度，其溫度差，也稱為過(guò)冷度。凝汽器各部分凝結(jié)水的平均過(guò)冷卻度可達(dá)2~3℃，現(xiàn)代汽輪機(jī)裝置要求凝結(jié)水的過(guò)冷度不超過(guò)0.5~1℃.（3）蒸汽和凝汽器冷卻管之間的流動(dòng)阻力要小，以降低排汽口的壓力和減少凝結(jié)水的過(guò)冷度。（4）抽氣設(shè)備的能量消耗要小，與空氣一起被抽汽設(shè)備排出的蒸汽損失要小，一般希望被排出的氣體混合物中，蒸汽的質(zhì)量比例不大于2/3。（5）冷卻水在凝汽器中的流動(dòng)阻力要小，以降低循環(huán)水泵的能量消耗。（6）凝汽器的總體結(jié)構(gòu)及布置方式應(yīng)便于制造、安裝及維修。2．凝汽設(shè)備的類型

凝汽設(shè)備按冷卻介質(zhì)種類分為水冷卻和空氣冷卻兩種基本類型。凝汽器是使蒸汽凝結(jié)放熱的換熱器，大多采用水冷卻，并有混合式與表面式兩種基本結(jié)構(gòu)。在極端缺水或水價(jià)很高的地區(qū)建立電站或列車電站，可以采用空氣凝汽器，以空氣作為凝汽器的基本冷卻介質(zhì)，而不消耗水?；旌鲜侥骱?jiǎn)圖第二節(jié)汽輪機(jī)的運(yùn)行和特性從汽輪機(jī)內(nèi)部的工作過(guò)程及各部件的結(jié)構(gòu)與所處的工作條件可以看出，汽輪機(jī)在啟動(dòng)和停機(jī)的過(guò)程中，溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等狀況發(fā)生很大的變化。

例如：?jiǎn)?dòng)前，汽輪機(jī)各部分溫度均勻一致，與室溫相同，一旦通入蒸汽，各部件被蒸汽加熱而溫度升高。汽輪機(jī)本體是由許多形狀復(fù)雜的部件組成。溫度變化時(shí)，各部件的溫度變化以及熱變形的速度并不一致。其中如葉片與葉輪的溫度比軸升高得快，容易引起葉輪松動(dòng)。轉(zhuǎn)子在軸向的熱膨脹伸長(zhǎng)比汽缸快，容易引起葉輪與隔板和軸封片之間的摩擦；汽缸分界面法蘭的溫度變化也比汽缸的其余部分緩慢，會(huì)引起巨大的熱應(yīng)力。因此，在汽輪機(jī)的啟動(dòng)操作上應(yīng)很好控制加熱的速度。

停機(jī)是汽輪機(jī)受冷卻的過(guò)程。從減負(fù)荷開(kāi)始，然后減速直到停轉(zhuǎn)，操作速度都應(yīng)適當(dāng)。而且，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)后，仍應(yīng)繼續(xù)控制汽輪機(jī)的冷卻情況。在啟動(dòng)和停機(jī)的過(guò)程中，汽輪機(jī)由靜止達(dá)到高轉(zhuǎn)速或由高轉(zhuǎn)速到靜止，任何時(shí)候都應(yīng)保證一定壓力和溫度要求的潤(rùn)滑油源源不斷供應(yīng)，以保證軸承有良好的潤(rùn)滑和冷卻條件。汽輪機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)和正常運(yùn)行的操作應(yīng)當(dāng)確保安全，同時(shí)力求減少蒸汽消耗和能量消耗，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。而這些都和操作速度有關(guān)。

汽輪機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程都是不穩(wěn)定導(dǎo)熱的過(guò)程。從汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，由冷狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子外表面首先被加熱而溫度升高，中心孔表面溫度升高滯后。轉(zhuǎn)子外表面的熱膨脹受到溫度較低部分的約束，在切向和軸向都產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力，而中心孔內(nèi)表面承受拉伸時(shí)，它們相應(yīng)的熱應(yīng)力值也達(dá)到最大。當(dāng)啟動(dòng)過(guò)程完成后，它們的溫度趨于均勻，熱應(yīng)力也隨之減小。如果維持安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況，切向和軸向熱應(yīng)力都消失；而停機(jī)過(guò)程，隨著蒸汽溫度降低，轉(zhuǎn)子外表面首先被冷卻，而中心孔內(nèi)表面的冷卻稍滯后些，致使外表面溫度低于中心孔內(nèi)表面溫度，與啟動(dòng)時(shí)剛好相反，轉(zhuǎn)子外表面承受拉伸熱應(yīng)力，中心孔內(nèi)表面承受壓縮熱應(yīng)力。

由上述可見(jiàn)，汽輪機(jī)由冷狀態(tài)啟動(dòng)至停機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，轉(zhuǎn)子外表面的熱應(yīng)力由壓縮變?yōu)槔欤行目變?nèi)表面的熱應(yīng)力由拉伸變?yōu)閴嚎s，剛好完成一次熱應(yīng)力交變的循環(huán)。汽缸也有同樣的熱應(yīng)力變化。啟動(dòng)時(shí)，汽缸內(nèi)壁溫度高于外壁，內(nèi)壁在切向和軸向承受壓縮熱應(yīng)力，外壁承受拉伸熱應(yīng)力。停機(jī)過(guò)程中，汽缸內(nèi)壁承受拉伸熱應(yīng)力，外壁承受壓縮熱應(yīng)力。完成從啟動(dòng)到停機(jī)的一次運(yùn)行過(guò)程后，汽缸也經(jīng)歷一次熱應(yīng)力較變的循環(huán)。此外，運(yùn)行中負(fù)荷升高與降低一次、進(jìn)汽溫度波動(dòng)一次等，都同樣會(huì)汽缸和轉(zhuǎn)子等零部件經(jīng)歷一次熱應(yīng)力交變循環(huán)。這種熱應(yīng)力交變循環(huán)的周期雖然可能很長(zhǎng)，但是，啟停頻繁，負(fù)荷、壓力和溫度等變動(dòng)次數(shù)多，則由此而引起的疲勞應(yīng)力也要對(duì)汽輪機(jī)零部件的壽命產(chǎn)生明顯的影響。一．汽輪機(jī)特性汽輪機(jī)組的功率與蒸汽消耗量之間的關(guān)系稱為汽輪機(jī)的汽耗特性，表示這種關(guān)系的圖線稱為工況圖。汽輪機(jī)按一定的運(yùn)行條件設(shè)計(jì)，這些運(yùn)行條件稱為汽輪機(jī)的規(guī)范，包括額定功率（或稱銘牌功率）、進(jìn)汽壓力、進(jìn)汽溫度、排汽壓力和轉(zhuǎn)速等。內(nèi)燃機(jī)緒論

內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展，至今已有一百多年的歷史。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和提高，現(xiàn)已發(fā)展到比較完善的程度。由于它的熱效率高、適應(yīng)性好、功率范圍廣，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和國(guó)防建設(shè)事業(yè)。因此對(duì)于它的發(fā)展歷程、用途以及一些基本知識(shí)做個(gè)簡(jiǎn)要的介紹！

內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷史

活塞式內(nèi)燃機(jī)自19世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和發(fā)展，已是比較完善的機(jī)械。它熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、配套方便、機(jī)動(dòng)性好，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。全世界各種類型的汽車、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、小型移動(dòng)電站和戰(zhàn)車等都以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力。海上商船、內(nèi)河船舶和常規(guī)艦艇，以及某些小型飛機(jī)也都由內(nèi)燃機(jī)來(lái)推進(jìn)。世界上內(nèi)燃機(jī)的保有量在動(dòng)力機(jī)械中居首位，它在人類活動(dòng)中占有非常重要的地位。

內(nèi)燃機(jī)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用

廣義而言，內(nèi)燃機(jī)是指燃料直接在機(jī)器內(nèi)部燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括往復(fù)活塞式柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。燃料在機(jī)器外部燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)稱外燃機(jī)，包括蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)以及核動(dòng)力裝置等。蒸汽輪機(jī)和核動(dòng)力裝置主要用于大型遠(yuǎn)洋船舶和大型軍用艦艇上。在航空動(dòng)力方面，燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎是唯一的動(dòng)力裝置。但是，燃?xì)廨啓C(jī)在水、陸方面的應(yīng)用尚未獲得大量推廣。它的熱效率低，燃料消耗率高，特別是在部分負(fù)荷時(shí)更明顯。雖在大功率時(shí)已有明顯改善，在中、小功率時(shí)尚不能與柴油機(jī)相比．汽油機(jī)由于具有升功率高、噪音低、振動(dòng)小以及對(duì)負(fù)荷變化的反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，在小客車上的應(yīng)用占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)。目前世界上的小客車數(shù)量很大，所以汽油機(jī)的產(chǎn)量也很高。汽油機(jī)也用于中、小型載重汽車、摩托艇、小型農(nóng)業(yè)、林業(yè)機(jī)械中。但是，由于汽油機(jī)所用燃料的價(jià)格和燃料的消耗率比柴油機(jī)高，因此，在其它經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，就不能與柴油機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。在內(nèi)河船舶和工程機(jī)械力面，柴油機(jī)幾乎是唯一的原動(dòng)機(jī)。在鐵路機(jī)車方面，蒸汽機(jī)車在國(guó)外已被淘汰，在我國(guó)已停止生產(chǎn)正逐步被柴油機(jī)車和電力機(jī)車所代代替，而且機(jī)車用柴油機(jī)的功率不斷增長(zhǎng)。目的，單機(jī)功率一般已達(dá)3000kW左右，最高的可達(dá)4600kW。在遠(yuǎn)洋海輪方面，柴油機(jī)也是主要?jiǎng)恿?。?jù)1984年統(tǒng)計(jì)，全世界當(dāng)年生產(chǎn)的大型船舶有1007艘，其中99％是用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的。在25萬(wàn)噸以下的船舶中，柴油機(jī)是目前最經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力裝置，其數(shù)量更是占?jí)旱苟鄶?shù)。

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史活塞式內(nèi)燃機(jī)起源于用火藥爆炸獲取動(dòng)力，但因火藥燃燒難以控制而未獲成功.1794年，英國(guó)人斯特里特提出從燃料的燃燒中獲取動(dòng)力，并且第一次提出了燃料與空氣混合的概念。1833年，英國(guó)人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動(dòng)活塞作功的設(shè)計(jì)。

1824年，卡諾(SadiCarnot)曾發(fā)表了熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)典理論——卡諾原理。過(guò)了半個(gè)世紀(jì)以后，即1876年，德國(guó)人奧托(NicolausAuguestOtto)才發(fā)明了四沖程煤氣機(jī)。當(dāng)時(shí)該機(jī)壓縮比約為2.5，其熱效率為10～12%，此后的十八年間壟斷了市場(chǎng)，承襲了當(dāng)時(shí)處于全盛時(shí)期的蒸汽機(jī)的寶座。1883年，法國(guó)任達(dá)木烈爾(G·Daimler)制成了用熱管點(diǎn)火的立式汽油機(jī)，在當(dāng)時(shí)內(nèi)燃機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也只不過(guò)200r/min，而他制作的汽油機(jī)竟達(dá)到1000r/min，1887年該機(jī)裝在汽車上使用。與此同時(shí)，法國(guó)人奔馳(K·Benz)也開(kāi)始研究高速內(nèi)燃機(jī)。1890年左右，他應(yīng)用了電火花點(diǎn)火法，使汽油機(jī)達(dá)到了與現(xiàn)今車用汽油機(jī)幾乎相同的型式，高速機(jī)獲得了迅速地發(fā)展?，F(xiàn)在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為4000～5000r/min是很平常的，最高的已達(dá)到12000r/min。

在1897年,法國(guó)人魯?shù)婪颉さ屹悹?Rudorf·Diesel)最早制成了柴油機(jī)。該機(jī)在轉(zhuǎn)速為172r/min時(shí),發(fā)出14.7kW，其熱效率達(dá)26.2％，這在當(dāng)時(shí)已是最高的熱效率了。從此以后，柴油機(jī)得到迅速發(fā)展。

1898年，柴油機(jī)首先用于固定式發(fā)電機(jī)組，1903年用作商船動(dòng)力，1904年裝于艦艇，1913年第一臺(tái)以柴油機(jī)為動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)車制成，1920年左右開(kāi)始用于汽車和農(nóng)業(yè)機(jī)械。早在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)誕生以前，人們就曾致力于創(chuàng)造旋轉(zhuǎn)活塞式的內(nèi)燃機(jī)，但均未獲成功。直到1954年，聯(lián)邦德國(guó)工程師汪克爾解決了密封問(wèn)題后，才于1957年研制出旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，被稱為汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。它具有近似三角形的旋轉(zhuǎn)活塞，在特定型面的氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按奧托循環(huán)工作。這種發(fā)動(dòng)機(jī)功率高、體積小、振動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，但由于它燃料經(jīng)濟(jì)性較差、低速扭矩低、排氣性能不理想，所以還只是在個(gè)別型號(hào)的轎車上得到采用。

內(nèi)燃機(jī)未來(lái)的發(fā)展將著重于改進(jìn)燃燒過(guò)程，提高機(jī)械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開(kāi)發(fā)和利用非石油制品燃料、擴(kuò)大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動(dòng)，減輕對(duì)環(huán)境的污染；采用高增壓技術(shù)，進(jìn)一步強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)，提高單機(jī)功率；研制復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)、絕熱式渦輪復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)等；采用微處理機(jī)控制內(nèi)燃機(jī)，使之在最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新型內(nèi)燃機(jī)。

內(nèi)燃機(jī)教學(xué)網(wǎng)/汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

/jpkc/diesel_/E_ReadNews.asp?NewsID=310精品課程柴油機(jī)的基本知識(shí)mhtml:80/dlclass/dianzikejian/1.mht!1.files/frame.htm第四節(jié)柴油機(jī)在船舶上的布置

一.低速大型柴油機(jī)的布置

低速大型柴油機(jī)作為船用主機(jī)是和推進(jìn)軸系直接連接而帶動(dòng)螺旋槳的，如下圖所示。柴油機(jī)發(fā)出的功率通過(guò)中間軸和螺旋槳軸傳給螺旋槳，使螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力通過(guò)推力軸承使船舶前進(jìn)或后退。它的布置比較簡(jiǎn)單，一般每艘船上只裝一臺(tái)主機(jī)。

/jpkc/diesel_/E_ReadNews.asp?NewsID=304船舶柴油機(jī)運(yùn)行動(dòng)畫內(nèi)燃機(jī)的組成往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的組成部分主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)體和氣缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)裝置等。

氣缸是一個(gè)圓筒形金屬機(jī)件。密封的氣缸是實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)、產(chǎn)生動(dòng)力的源地。各個(gè)裝有氣缸套的氣缸安裝在機(jī)體里，它的頂端用氣缸蓋封閉著?；钊稍跉飧滋變?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規(guī)律變化的密封空間。燃料在此空間內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的燃?xì)鈩?dòng)力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)連桿推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸再?gòu)娘w輪端將動(dòng)力輸出。由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)傳遞動(dòng)力的主要部分。

活塞組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等組成?；钊蕡A柱形，上面裝有活塞環(huán)，借以在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密閉氣缸。上面的幾道活塞環(huán)稱為氣環(huán)，用來(lái)封閉氣缸，防止氣缸內(nèi)的氣體漏泄，下面的環(huán)稱為油環(huán)，用來(lái)將氣缸壁上的多余的潤(rùn)滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入氣缸。活塞銷呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯(lián)接起來(lái)。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯(lián)接起來(lái)，它與曲軸的曲柄銷相連。連桿工作時(shí)，連桿小頭端隨活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿大小頭間的桿身作復(fù)雜的搖擺運(yùn)動(dòng)。

曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將膨脹行程所作的功，通過(guò)安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲(chǔ)存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻。為了平衡慣性力和減輕內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)，在曲軸的曲柄上還適當(dāng)裝置平衡質(zhì)量。

氣缸蓋中有進(jìn)氣道和排氣道，內(nèi)裝進(jìn)、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經(jīng)空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道和進(jìn)氣門充入氣缸。膨脹后的燃?xì)饨?jīng)排氣門、排氣道和排氣管，最后經(jīng)排氣消聲器排入大氣。進(jìn)、排氣門的開(kāi)啟和關(guān)閉是由凸輪軸上的進(jìn)、排氣凸輪，通過(guò)挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動(dòng)件分別加以控制的，這一套機(jī)件稱為內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。通常由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器組成進(jìn)排氣系統(tǒng)。為了向氣缸內(nèi)供入燃料，內(nèi)燃機(jī)均設(shè)有供油系統(tǒng)。汽油機(jī)通過(guò)安裝在進(jìn)氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然后經(jīng)進(jìn)氣管供入氣缸，由汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)控制的電火花定時(shí)點(diǎn)燃。柴油機(jī)的燃油則通過(guò)柴油機(jī)噴油系統(tǒng)噴入燃燒室，在高溫高壓下自行著火燃燒。

內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過(guò)熱而損壞，所以必須備有冷卻系統(tǒng)。

內(nèi)燃機(jī)不能從停車狀態(tài)自行轉(zhuǎn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須由